丁　博

基于MR+BIM技術(shù)的機(jī)電工程應(yīng)用研究

丁博

(曹妃甸職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河北 唐山 063200)

隨著科技的發(fā)展與進(jìn)步，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)(VR)逐步向增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)(AR)方向發(fā)展，混合現(xiàn)實(shí)技術(shù)(MR)也漸漸嶄露頭角。將MR和BIM技術(shù)進(jìn)行融合，應(yīng)用到機(jī)電工程設(shè)計(jì)中，實(shí)際上就是將信息模型中的數(shù)據(jù)信息和用戶的相關(guān)操作進(jìn)行交互，使模型中的信息在混合現(xiàn)實(shí)基礎(chǔ)上能夠同步反映在現(xiàn)實(shí)中，真正實(shí)現(xiàn)可視化操作，有利于提升機(jī)電工程設(shè)計(jì)效率，優(yōu)化設(shè)計(jì)流程，提高工程設(shè)計(jì)整體技術(shù)水平。

MR+BIM技術(shù)；機(jī)電工程；應(yīng)用

1　MR和BIM技術(shù)概述

1.1　MR技術(shù)概述

MR技術(shù)就是將現(xiàn)實(shí)世界和虛擬世界融合起來的可視化環(huán)境，借助計(jì)算機(jī)的信息處理技術(shù)，實(shí)現(xiàn)虛擬數(shù)字信息和現(xiàn)實(shí)環(huán)境的相互疊加，將二者有效聯(lián)系起來。MR實(shí)現(xiàn)了將空間定位、人機(jī)交互、全息投影以及傳感等技術(shù)的高度融合，將現(xiàn)實(shí)和虛擬世界進(jìn)行結(jié)合，讓用戶可以感受到現(xiàn)實(shí)世界實(shí)實(shí)在在的事物，也能夠掌握相應(yīng)事物在虛擬世界中的相關(guān)信息，真正達(dá)到現(xiàn)實(shí)世界和虛擬世界的有效交互，幫助用戶更好地獲取信息。

1.2　BIM技術(shù)概述

BIM是指一種三維立體的結(jié)構(gòu)模型，能夠?qū)⒛Ｐ蛢?nèi)部的很多重要信息呈現(xiàn)出來。應(yīng)用BIM技術(shù)，可以整合需要開展項(xiàng)目工程的全過程，確保工程管理的簡(jiǎn)單與高效[2]。在具體應(yīng)用中，可以借助三維數(shù)字技術(shù)應(yīng)用，針對(duì)工程相關(guān)數(shù)據(jù)、信息進(jìn)行動(dòng)態(tài)演示和模擬，確保后續(xù)的工程能夠協(xié)調(diào)統(tǒng)一，減少施工過程中的設(shè)計(jì)沖突和矛盾，提升效率。通過構(gòu)建BIM信息模型，將這一技術(shù)應(yīng)用到機(jī)電工程管理中，可以有效降低工程成本，確保整體進(jìn)度目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。另外，通過BIM技術(shù)，還可以有效應(yīng)用信息技術(shù)，對(duì)模型中涉及工程設(shè)計(jì)的相關(guān)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行處理和加工，確保對(duì)工程的全面掌握，構(gòu)建動(dòng)態(tài)可調(diào)節(jié)和模擬的工程模型?；贐IM技術(shù)支持，構(gòu)建多維信息模型，對(duì)于切實(shí)提升機(jī)電工程相關(guān)環(huán)節(jié)工作效率有積極作用。

1.3　MR+BIM技術(shù)

將MR技術(shù)和BIM技術(shù)進(jìn)行融合，應(yīng)用到機(jī)電工程設(shè)計(jì)中，能夠?qū)⒛Ｐ椭械臄?shù)據(jù)信息與用戶的相關(guān)操作進(jìn)行交互，使模型中的信息與現(xiàn)實(shí)結(jié)合，同步反映在現(xiàn)實(shí)世界中，實(shí)現(xiàn)可視化操作。目前，混合現(xiàn)實(shí)技術(shù)在機(jī)電工程設(shè)計(jì)中的應(yīng)用還處于初級(jí)階段，缺乏豐富的經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)作為支撐，相關(guān)學(xué)者對(duì)于BIM+AR的研究比較多，但是對(duì)于MR+BIM的研究比較少[3]。相較于AR技術(shù)，MR技術(shù)的可視化、交互性更好，更能夠體現(xiàn)信息模型的實(shí)用價(jià)值，研究MR+BIM技術(shù)在機(jī)電工程中的應(yīng)用有較大的現(xiàn)實(shí)性意義。

2　MR和BIM技術(shù)在機(jī)電工程中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

2.1　MR技術(shù)應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

相較于VR技術(shù)，MR技術(shù)能將現(xiàn)實(shí)和虛擬進(jìn)行結(jié)合，使用戶能夠感受到現(xiàn)實(shí)的事物，也能夠獲取虛擬世界中相應(yīng)的信息，實(shí)現(xiàn)虛擬世界和現(xiàn)實(shí)世界的交互。目前，MR技術(shù)發(fā)展已經(jīng)比較成熟，能夠?qū)⑿⌒陀?jì)算機(jī)嵌入其中，大幅提高了用戶操作的靈活性[4]。隨著MR技術(shù)功能更加完善，用戶的感受更加真實(shí)，將其應(yīng)用在機(jī)電工程設(shè)計(jì)中，能夠讓用戶直觀地將相關(guān)機(jī)械設(shè)備、零部件等和現(xiàn)實(shí)中的設(shè)備零件進(jìn)行有機(jī)聯(lián)系，并獲取相應(yīng)信息，為機(jī)電工程設(shè)計(jì)和組裝制造提供更為完善的數(shù)據(jù)、信息支持，可降低設(shè)計(jì)時(shí)發(fā)生誤差的概率，讓設(shè)計(jì)更加直觀可靠，提升工作效率。

在機(jī)電工程設(shè)計(jì)過程中，需要進(jìn)行軟件開發(fā)，獲取平臺(tái)的支持。借助MR技術(shù)，可使相應(yīng)的虛擬數(shù)據(jù)更加直觀立體化，能夠在三維層面進(jìn)行投影；將MR技術(shù)應(yīng)用到機(jī)電工程設(shè)計(jì)中，能夠?qū)⒃O(shè)計(jì)效果同步呈現(xiàn)在用戶眼前，提升工作效率；MR技術(shù)具有非常強(qiáng)大的運(yùn)算能力，應(yīng)用在機(jī)電工程設(shè)計(jì)中，能夠?qū)ο嚓P(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行高效處理和反饋[5]。

2.2　BIM技術(shù)應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

通過BIM技術(shù)信息模型，能夠?qū)C(jī)電工程相應(yīng)的設(shè)備和機(jī)械的具體框架三維化呈現(xiàn)在用戶面前，體現(xiàn)了BIM技術(shù)的可視性、協(xié)調(diào)性和優(yōu)化性。在工程項(xiàng)目開展之初，可以借助相應(yīng)信息模型對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行統(tǒng)籌管理，對(duì)工程數(shù)據(jù)源進(jìn)行建設(shè)，采集相應(yīng)機(jī)電工程中的所有數(shù)據(jù)信息。在工程實(shí)施過程中，相關(guān)參與者能夠使用同一個(gè)工程數(shù)據(jù)源，保證數(shù)據(jù)信息完全一致。相關(guān)模型涵蓋了項(xiàng)目全部的信息，所有信息都能夠?qū)崿F(xiàn)共享和隨時(shí)調(diào)取，這樣能加快項(xiàng)目實(shí)施進(jìn)度，還能解決信息不對(duì)稱和信息孤島等問題。

將BIM技術(shù)應(yīng)用在機(jī)電工程中，項(xiàng)目參與者可以在統(tǒng)一的集成平臺(tái)中開展設(shè)計(jì)、優(yōu)化等工作，實(shí)現(xiàn)不同工種的協(xié)同辦公，能夠顯著提升工程實(shí)施效率[6]。通過BIM構(gòu)建三維模型，實(shí)現(xiàn)虛擬數(shù)據(jù)和現(xiàn)實(shí)世界中的設(shè)備機(jī)械交互，可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)工程項(xiàng)目中存在的問題，以便及時(shí)進(jìn)行調(diào)整優(yōu)化，還可以防止在設(shè)計(jì)中出現(xiàn)重復(fù)操作，確保設(shè)計(jì)方案的有效落實(shí)。

3　基于MR+BIM技術(shù)的機(jī)電工程應(yīng)用

目前，MR+BIM技術(shù)在機(jī)電工程中的應(yīng)用已經(jīng)有了一些成功的經(jīng)驗(yàn)。通過HoloLens眼鏡來實(shí)現(xiàn)MR技術(shù)與BIM技術(shù)的融合，有效推動(dòng)了MR技術(shù)+BIM技術(shù)在機(jī)電工程全產(chǎn)業(yè)鏈、全生命周期的深入應(yīng)用。當(dāng)甲方檢查乙方的工程進(jìn)度時(shí)，設(shè)計(jì)方與施工方探討設(shè)計(jì)變更時(shí)，工程總包方與分包方在解決立體交叉作業(yè)的問題時(shí)，都可以通過BIM技術(shù)+MR技術(shù)將信息交流轉(zhuǎn)換成信息體驗(yàn)，使溝通變得簡(jiǎn)單、順暢。相關(guān)參與方可以分別帶上一副HoloLens眼鏡，同時(shí)進(jìn)入虛擬的工程模型，用共同的、身臨其境的感知體驗(yàn)?zāi)Ｊ饺〈鷤鹘y(tǒng)的語(yǔ)言交流模式[7]。溝通模式和工作方式的變革，可以節(jié)約工程管理成本和工期，提升工程品質(zhì)，提高團(tuán)隊(duì)協(xié)作水平和工作效率，實(shí)現(xiàn)更高效、更快捷、更精細(xì)化的管理。

3.1　在模型設(shè)計(jì)中的協(xié)同應(yīng)用

在機(jī)電工程設(shè)計(jì)過程中，相關(guān)設(shè)備、機(jī)械、零部件、電子電路等首先是通過計(jì)算機(jī)圖紙進(jìn)行設(shè)計(jì)，在遇到問題時(shí)，項(xiàng)目參與者之間的交流多以圖文信息為主，很難實(shí)現(xiàn)信息的立體化、實(shí)時(shí)化傳輸，這極大地限制了機(jī)電工程行業(yè)的發(fā)展。利用BIM技術(shù)，能夠有效優(yōu)化設(shè)計(jì)流程，提升工作效率，相關(guān)數(shù)據(jù)信息也能夠通過三維模型來展現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)了信息傳遞的立體化、實(shí)時(shí)化。但是單一應(yīng)用BIM技術(shù)，難以解決數(shù)據(jù)模型的三維化呈現(xiàn)問題，如果機(jī)電工程項(xiàng)目比較復(fù)雜，有大量的項(xiàng)目信息只能通過二維化呈現(xiàn)，將嚴(yán)重影響機(jī)電工程設(shè)計(jì)的工作效率。而結(jié)合MR技術(shù)后，能夠很好地解決數(shù)據(jù)模型三維化呈現(xiàn)的問題。

3.2　在現(xiàn)場(chǎng)施工管理中的應(yīng)用

以往在機(jī)電工程施工進(jìn)程中，使用AR技術(shù)無法對(duì)復(fù)雜多變的施工環(huán)境進(jìn)行處理，也很難實(shí)現(xiàn)人機(jī)的有效交互，而如果利用MR設(shè)備呈現(xiàn)虛擬數(shù)據(jù)信息，則可以實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互。在具體實(shí)踐中，相關(guān)設(shè)計(jì)和施工人員可以佩戴MR設(shè)備，也可以使用HoloLens眼鏡，方便相關(guān)人員對(duì)工程開展情況進(jìn)行觀察，也可以隨時(shí)調(diào)用工程數(shù)據(jù)，這樣可以實(shí)現(xiàn)虛擬世界和現(xiàn)實(shí)世界的交互[8]。利用MR設(shè)備能夠有效接收相關(guān)數(shù)字信息，也能夠?qū)?shù)據(jù)進(jìn)行采集與反饋，對(duì)項(xiàng)目中的重要信息進(jìn)行妥善保存，并借助MR+BIM工具來實(shí)現(xiàn)工程信息化管理的核心目標(biāo)。

4　結(jié)語(yǔ)

近年來，機(jī)電工程技術(shù)不斷發(fā)展進(jìn)步，應(yīng)用MR+BIM技術(shù)進(jìn)行機(jī)電工程設(shè)計(jì)和施工，有利于實(shí)現(xiàn)工程可視化、實(shí)時(shí)化和交互性，這也是機(jī)電工程未來的發(fā)展趨勢(shì)。目前MR+BIM技術(shù)在機(jī)電工程中的應(yīng)用還處于嘗試階段，需要進(jìn)一步加速技術(shù)整合應(yīng)用，提升對(duì)MR+BIM技術(shù)應(yīng)用的認(rèn)知，借助MR+BIM技術(shù)，實(shí)現(xiàn)機(jī)電工程效益和效率的雙提升。

[1] 佘雨陽(yáng),吳光前,孫震寰,等.BIM技術(shù)在國(guó)家會(huì)展中心一期展館區(qū)機(jī)電安裝工程中的應(yīng)用[J].建筑施工,2021,43 (9):1898-1900,1904.

[2] 趙泳.基于BIM技術(shù)的某紀(jì)念館機(jī)電精細(xì)化施工技術(shù)與管理方法[J].上海建設(shè)科技,2021(3):62-65.

[3] 張育雨,王進(jìn).BIM技術(shù)在城市軌道交通機(jī)電安裝工程計(jì)量中的應(yīng)用研究[J].智能建筑與智慧城市,2021(4): 13-17.

[4] 侯鵬飛,張皓天,李直,等.BIM技術(shù)在中建三局北京總部基地項(xiàng)目機(jī)電工程的綜合應(yīng)用[J].土木建筑工程信息技術(shù), 2021,13 (6):104-112.

[5] 徐學(xué)彥.BIM技術(shù)在地鐵機(jī)電工程中的應(yīng)用對(duì)降低施工風(fēng)險(xiǎn)的作用[J].建筑技術(shù)開發(fā),2020,47(19):117-118.

[6] 王肖穎,晉嘉玉,鄭遠(yuǎn)財(cái),等.BIM技術(shù)在機(jī)電安裝工程全生命周期的應(yīng)用：以福建三峽海上風(fēng)電產(chǎn)業(yè)園工程為例[J].武夷學(xué)院學(xué)報(bào),2020,39(9):33-37.

[7] 張曉波,薛晨.基于BIM+MR技術(shù)的裝配式建筑全景施工關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用研究[J].中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)化,2019(24):24-25.

[8] 初毅,邵兆通,武濤.基于MR+BIM技術(shù)的信息化建筑工程應(yīng)用探討[J].土木建筑工程信息技術(shù),2017,9(5): 94-97.

Application research on electromechanical engineering based on MR + BIM technology

DING Bo

(Caofeidian Vocational and Technical College, Tangshan, Hebei 063200 , China)

With the development and progress of science and technology, virtual reality technology is gradually developing towards augmented reality. Mixed reality (MR) technology is also gradually emerging. This paper integrates MR and Building Information Modeling (BIM) technology and applies it to mechanical and electrical engineering design. It is to interact the data information in the building information model with the relevant operations of the user, so that the information in the model can be simultaneously reflected in the reality-based on mixed reality, and the visualization operation is truly realized. It is beneficial to improve the efficiency of mechanical and electrical engineering design, optimize the design process, and improve the overall technical level of engineering design.

MR + BIM technology; electromechanical engineering; application

TU85

A

2096–8736(2022)02–0030–03

丁博(1980—)，男，四川德陽(yáng)人，大學(xué)本科，中級(jí)工程師，主要研究方向?yàn)闄C(jī)電一體化。

責(zé)任編輯：張亦弛

英文編輯：吳志立